2025 年度 Structure Elucidator Suite 应用案例总结

在研究初始阶段，研究人员利用ACD/SE软件的 MS Workbook Suite功能，对植物粗提物的LC-MS/MS数据进行分析。通过从总离子流图中提取特定质荷比（m/z 200-400）的峰，并识别其MS/MS图谱中是否含有喹啉环特征碎片离子，该软件能够高效地从复杂植物提取物中快速筛选和定位可能含有目标喹啉生物碱的组分，从而实现有针对性的分离，极大提升了发现新结构化合物的效率。

在分离得到新化合物后，ACD/SE被用于验证其中最难以解析的化合物 Alstoschoquinoline A (1) 的平面结构。化合物1具有喹啉核心与5/6/5稠合三环体系相连的复杂构架。由于环E部分缺乏足够的二维核磁共振（2D NMR）关键相关信号，仅凭传统波谱解析存在不确定性。研究人员将化合物1的分子式（C₂₀H₂₂N₂O₄）和NMR数据输入ACD/SE，通过其计算机辅助结构解析（CASE）算法进行验证。软件的计算分析确认了研究人员通过传统光谱分析推导出的平面结构是正确的，为这一复杂新颖结构的确定提供了关键的计算证据支持。

将化合物1的分子式（C₁₂H₁₂O₅）和NMR数据输入后，ACD/SE作为一个专家系统，自动生成分子连接图，并从41,537个可能的结构中筛选出7个最合理的候选结构。

软件利用内置算法（如HOSE码、增量法和神经网络）预测候选结构的核磁碳谱化学位移，并与实验值比对计算平均偏差。最终，偏差值最小（即与实验数据最匹配）的结构被排在首位。

该技术的应用表明，计算机辅助结构解析已成为验证和确定复杂天然产物平面结构的重要工具，能够有效处理结构不确定性，显著提升结构鉴定的准确性和效率。

研究人员首先将Liu等人最初提出的Peganutonin A分子式（C₁₃H₁₅N₂O₄）和NMR数据输入ACD/SE软件进行验证。软件计算出的13C NMR化学位移预测值与实验值存在较大偏差（平均偏差dA=3.041 ppm，最大偏差达9.53 ppm），并且超过一半的碳原子计算偏差被标记为"黄色"（偏差>3 ppm），表明原始结构高度可疑。

基于ACD/SE的分析结果，研究人员重新审视质谱数据，发现原始报道的分子离子峰实为碎片峰，并正确推导出Peganutonin A的真实分子式应为C₁₇H₂₅N₃O₄。将修正后的分子式和NMR数据再次输入ACD/SE后，软件生成了分子连接图（MCD），并自动推导出20个候选结构。

软件生成的所有候选结构中，排名第一的结构（结构#1）与研究人员通过其他计算（DU8ML）预测的修订结构完全一致，且其计算化学位移与实验值高度吻合（平均偏差小）。原始错误结构仅位列第三，这为最终确定修订结构提供了强有力的计算证据。

化合物2是具有前所未有的四环骨架的萘醌生物碱，其结构解析极具挑战性，因为分子中存在连续的季碳原子。研究人员首先通过传统核磁共振（NMR）波谱分析（如COSY, HMBC）初步推导出平面结构。

为验证这一复杂推导结果的正确性，研究人员将化合物2的分子式（C₁₈H₁₉NO₅）和NMR数据输入ACD/SE。软件基于这些数据生成了分子连接图（MCD），并自动进行结构生成。在生成的60个可能的异构体中，有5个通过了筛选。

排名第一的结构（ID=1）具有最低的标准偏差值（由HOSE-code (dA)和神经网络 (dN)方法确定），且与研究人员通过传统光谱分析推导出的结构完全一致。这一计算结果为其手动解析出的复杂且新颖的平面结构提供了强有力的计算证据支持，极大地增强了结构确定的信心。

Hyperwilsol A

化合物1具有一个前所未有的2-去甲多环聚异戊二烯化酰基间苯三酚（2-nor-PPAP）骨架，包含一个罕见的螺[1,2-二氧杂环己烷-3,11'-[3,12]二氧杂三环[6.4.0.0⁵,¹²]十二烷]核心。因分子中包含六个季碳原子和四个氧原子，可供传统2D NMR解析的关键相关信号非常有限，结构解析面临巨大挑战。

为攻克这一难题，研究人员使用ACD/SE的计算机辅助结构解析（CASE）功能。软件基于输入的分子式（C₂₆H₄₂O₅）和NMR数据，自动生成六个候选结构，并根据其13C NMR化学位移计算值与实验值的平均偏差（dN(13C)和dN(13C+1H)）进行排序。

排名最高的结构（ID: 9047）因其具有最小的标准偏差值，被确定为与实验数据最匹配的最佳结构。这一计算结果为该高度复杂且新颖的螺四环平面结构的确定提供了至关重要的计算证据，解决了传统波谱方法几乎无法单独解决的难题。

研究人员首先将Xu等人提出的 Crotonguaienone G (结构1) 输入ACD/SE软件。该结构是一个双反布雷特规则（doubly anti-Bredt）的托酚酮衍生物，本身在化学上极不稳定。软件计算出的13C NMR化学位移预测值与实验值之间存在严重偏差（多个碳原子的偏差被标记为黄色>3 ppm甚至红色>15 ppm），这从计算上量化并证实了该结构的错误性。

为找出正确结构，研究人员将已知天然产物 Pernambucone (结构3) 的分子式和NMR数据输入ACD/SE。软件计算结果显示，其预测的化学位移与Crotonguaienone G报告的实验数据高度吻合（RMSD仅为1.0 ppm），强烈表明两者实为同一化合物。进一步进行"模糊结构生成"后，在生成的40个候选结构中，Pernambucone (结构3) 位列第一，而错误的Crotonguaienone G (结构1) 仅排在第23位，为正确的结构指认提供了压倒性的计算证据。

研究还利用ACD/SE分析了错误之源。当仅输入原始论文图示的少数关键HMBC相关信号时，软件只生成了错误的结构1。然而，当输入更全面的、来自Pernambucone正确解析的HMBC数据表时，软件则只生成了正确的结构3。这揭示最初的错误很可能源于研究者过度依赖少数图示的关键相关信号，而忽略了更全面的数据，甚至可能包含了实验中并不存在的"想象"相关信号。

化合物1是一个结构新颖的七元环荚蒾烷二萜（SMT VibD）。研究人员通过传统的核磁共振（NMR）波谱分析（包括1H-1H COSY, HMBC, NOESY）初步推导出其复杂的平面结构。然而，由于其结构前所未有，为验证这一推导结果的正确性，研究人员求助于计算工具。

研究人员将化合物1的分子式（C₂₅H₃₇O₅）和NMR数据输入ACD/Structure Elucidator软件。软件基于这些数据生成了8个候选结构，并根据其NMR化学位移计算值与实验值的平均偏差进行排序。结果显示，排名第一的结构（ID=5）具有最小的偏差值，并且与研究人员通过传统光谱分析推导出的结构完全一致。

这一计算结果为这个全新且复杂骨架的平面结构提供了强有力的独立验证，极大地增强了结构确定的信心。ACD/SE的计算分析确认了研究人员通过传统光谱分析推导出的平面结构是正确的，为这一复杂新颖结构的确定提供了关键的计算证据支持。

Garynthone A

化合物1是一个结构极其新颖的降PPAP（nor-PPAP），拥有一个前所未有的5-氧杂五环[7.3.1.1⁴,⁷.1⁶,¹¹.0¹,⁶]十五烷骨架。研究人员首先通过传统的1D和2D NMR波谱分析初步推导出其复杂的平面结构。由于其结构前所未有且多环体系复杂，仅凭传统光谱分析难以确保其唯一性和正确性。

为验证推导结果的正确性，研究人员将化合物1的分子式（C₃₄H₄₂O₆）和NMR数据输入ACD/SE。软件基于这些数据生成了分子连接图（MCD），并系统地研究了所有与NMR数据匹配的可能结构。最终，软件生成的排名第一的结构与研究人员通过手动解析推导出的结构完全一致，并且具有非常高的匹配因子值（dA = 1.0, dN = 2.0, dI = 0.5），这为这个前所未有且高度复杂的5-氧杂五环骨架的平面结构提供了强有力的计算证据支持。

为巩固结论，研究人员还对排名靠前的两个候选结构进行了DP5/DP4概率分析。结果显示，ACD/SE软件优先选择的结构（即排名第一的结构）具有压倒性的概率优势（R² = 0.9982, DP5 = 56.2%, DP4 = 99.7%）。这表明ACD/SE的计算结果与基于量子化学计算的DP4/DP5概率分析结果高度一致，形成了双重确证，共同支持了化合物1新颖结构的正确性。

研究人员首先将Zhang等人提出的Zeromol A的原始结构（1，一个含有氧杂环丁烷（oxetane）的四环结构）输入ACD/SE进行验证。软件通过三种经验方法预测了其13C NMR化学位移。虽然平均偏差在可接受范围内，但软件的分析结果高亮显示了两个不寻常的5键HMBC远程相关，这种长程相关在实验中通常信号极弱或无法观测，而原始文献中对应的交叉峰信号却很强。这一矛盾成为怀疑原始结构错误的关键起点。

为找到正确结构，研究人员利用ACD/SE强大的结构生成能力。他们首先识别出原始结构中与实验数据匹配较好的三个片段，然后将这些片段和分子式（C₂₀H₂₂O₅）输入软件，并暂时屏蔽了有问题的HMBC和COSY约束，让软件基于这些"宽松"的条件生成所有可能的结构。ACD/SE在5秒内生成14个候选结构，随后对这些结构进行13C NMR化学位移预测，并按照与实验数据的匹配度（dA值）自动排名。

在软件生成的14个结构中，排名第一的结构（2）是一个含有二氢吡喃环的异构体，其计算化学位移与实验值最为匹配。最关键的是，在正确的候选结构2和3中，之前存疑的两个HMBC相关都变成了正常的3键相关，与实验中观测到的强信号完全吻合。原始错误结构（4）排在第三，其计算偏差明显更大。ACD/SE的系统化分析结果，为将Zeromol A的结构从氧杂环丁烷（1/4）修订为二氢吡喃（2）提供了最强有力的计算证据。

Indopexine A

化合物1（Indopexine A）具有一个非常新颖且复杂的2-氧杂-10-氮杂四环[7.7.0.0¹,¹².0⁸,¹²]十六烷骨架。研究人员首先通过传统的2D NMR谱图分析，手动推导出其复杂的平面结构。然而，面对如此新颖复杂的多环体系，为确保证唯一直正确，研究人员使用了ACD/SE软件进行验证。

研究人员将化合物1的分子式（C₂₇H₃₁NO₆）和NMR数据输入ACD/SE软件。软件基于修改后的分子连接图（MCD），从429,734个可能的异构体中进行了筛选。在8分钟内，软件过滤出了排名前8位的候选结构。结果显示，研究人员通过传统光谱分析手动推导出的结构，与软件计算筛选出的排名第一的结构完全一致，并且该结构具有最低的平均偏差值。

这一结果强有力地证实了研究人员手动解析出的这个前所未有的6/5/5/6四环平面结构的正确性。ACD/SE的计算结果为这个高度复杂新颖骨架的平面结构提供了关键且令人信服的计算证据，极大地增强了结构确定的信心。

Dapurant A

化合物1（Dapurant A）是一个结构新颖的愈创木烷型倍半萜二聚体（C₃₀H₄₀O₅）。研究人员通过分析其2D NMR谱图识别出了四个主要的结构片段。然而，将这些片段精确连接以构成完整的平面结构极具挑战性，因在某些关键位置的NMR信号存在重叠或缺失。

为验证通过传统光谱解析初步推导出的平面结构的正确性，并探索其他可能的连接方式，研究人员使用了ACD/SE软件。软件基于输入的分子式和NMR数据，生成了一系列可能的候选结构，并根据其13C NMR化学位移计算值与实验值的平均偏差进行排序。结果显示，排名第一的结构（ID=1）虽然具有最低的标准偏差，但该结构需要依赖两个不常见的5键HMBC远程相关来支撑其连接方式。然而，在实验HMBC谱图中，这两个关键交叉峰的信号强度却与标准的2-3键相关信号相当，这与理论预期不符。

在ACD/SE初步筛选的基础上，研究人员进一步采用更精确的密度泛函理论（DFT）核磁计算（GIAO方法）来验证排名第二的结构（ID=2）的正确性。DFT计算最终证实了研究人员基于化学直觉的判断，确定了化合物1的平面结构。ACD/SE在此过程中的作用是为后续更精确的DFT计算提供了关键的候选结构范围和优先级排序，提高了研究效率。

化合物1（HMA）是一个结构极其新颖的C-1/C-2, C-2/C-3双开环的PPAP衍生物，拥有一个前所未有的3/6-5/6/5五环骨架。研究人员通过传统的1D和2D NMR谱图分析初步推导出其复杂的平面结构。然而，由于分子中存在一个2-甲基丁酰基，其与母核片段的确切连接位置无法仅凭NMR数据明确确定，带来了一定的不确定性。

为了验证研究人员基于化学逻辑所推导出的平面结构的正确性，他们使用了ACD/SE软件。软件的计算分析结果明确地支持了研究人员提出的平面结构。这一计算结果为这个高度复杂且新颖的五环骨架的平面结构提供了独立的计算证据支持，增强了结构指认的确定性。

化合物1（Flavaperviridis A）是一个拥有罕见苯并[b]呋喃骨架的Flavagline。研究人员通过传统2D NMR分析初步推导出其平面结构后，使用ACD/SE进行验证。软件基于分子式（C₃₈H₃₆N₂O₈）和NMR数据，从修改后的分子连接图（MCD）中生成了9个候选结构。结果显示，手动推导的结构（ID=1）与实验数据匹配度最高，为这个新颖骨架提供了强有力的计算证据支持。

化合物2（Flavaperviridis B）被推测是已知化合物的酮-酯重排产物。ACD/SE分析显示，所提出的重排结构具有较高的匹配因子值，为这一通过化学逻辑推导的结构提供了独立验证。软件的计算结果与实验观测的化学位移变化趋势高度一致，支持了重排反应的假设。

对于化合物3（Flavaperviridis C），ACD/SE从22个可能异构体中筛选出最合理结构。排名第6的候选结构因与已知结构相似性及较高匹配因子值被最终选定。软件的计算分析为这个复杂异构体的结构指认提供了关键支持，解决了传统解析方法难以确定的立体化学问题。

2023年，Xu等人报道从没药中分离得到一个名为Myrrhain A (1)的新化合物，并提出了一个在苯并呋喃骨架的1,2位带有两个叔丁基的罕见结构。这种取代模式在天然产物中极为罕见，立即引起了科学界的广泛质疑。

研究人员将原始文献中报道的Myrrhain A的13C NMR化学位移数据输入ACD/SE软件。软件使用三种经验方法预测了原始提议结构的13C NMR化学位移，并与实验值进行比较。结果显示，平均偏差和最大偏差都非常大（dA = 3.2, dN = 5.8）。软件生成的可视化分析图清晰地显示，苯并呋喃骨架核心部分的多个碳原子的计算值与实验值存在显著差异，这一客观的、量化的计算证据强有力地证实了科学界的早期怀疑。

为寻找正确结构，研究人员基于分子式（C16H22O2）生成了分子连接图（MCD），并让ACD/SE软件生成所有可能的结构。在生成的42个候选结构中，原始提议的结构（1）仅排名第37位。当研究人员进一步将文献中报道的COSY和关键HMBC相关约束条件输入软件后，分析结果明确得出结论：所提出的结构是错误的。最终，ACD/SE的计算结果与后续的质谱分析和标准品比对共同证实，Myrrhain A实际上是一种常见的塑料添加剂（邻苯二甲酸二异丁酯）。